典型干擾樣式下反艦導(dǎo)彈捕捉概率評估方法研究

孫 偉,林 木

(中國人民解放軍92941部隊,遼寧 葫蘆島 125001)

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典型干擾樣式下反艦導(dǎo)彈捕捉概率評估方法研究

孫 偉,林 木

(中國人民解放軍92941部隊,遼寧 葫蘆島 125001)

對典型干擾樣式下反艦導(dǎo)彈捕捉概率評估方法進行了研究。介紹了有源干擾、無源干擾和組合干擾三種典型的電子干擾樣式。分析了影響反艦導(dǎo)彈捕捉性能的機理，據(jù)此選定有源壓制干擾、無源沖淡干擾和組合干擾三種典型干擾樣式，給出了三種干擾條件下導(dǎo)彈捕捉概率的計算方法和評估模型。設(shè)計了無干擾、沖淡干擾和組合干擾3個試驗案例，計算分析了干擾場景的模擬構(gòu)建和干擾效果。研究可為干擾背景下的反艦導(dǎo)彈武器裝備的試驗與鑒定提供必要的技術(shù)支持。

反艦導(dǎo)彈； 靶場試驗鑒定； 有源壓制干擾； 無源沖淡干擾； 組合干擾； 捕捉概率； 最小干擾距離； 評估

0 引言

艦載反導(dǎo)電子戰(zhàn)的首次實戰(zhàn)運用是1967年的阿以第三次中東戰(zhàn)爭，之后電子戰(zhàn)技術(shù)和裝備發(fā)展迅猛，已成為現(xiàn)代海戰(zhàn)過程中艦艇反導(dǎo)普遍采用的防御手段。對進攻方來說，反艦導(dǎo)彈在電子干擾的復(fù)雜電磁環(huán)境中對目標(biāo)的捕捉、命中性能成為衡量其作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，已成為武器裝備靶場試驗鑒定的重要試驗項目。同時，在武器裝備研制總要求中對復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)設(shè)也越來越詳細(xì)，相應(yīng)條件下裝備的抗干擾指標(biāo)亦越來越科學(xué)量化。文獻[1]對反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭作戰(zhàn)試驗鑒定方法進行了研究，提出了作戰(zhàn)試驗條件下的導(dǎo)引頭評價體系。作為武器裝備試驗與鑒定的靶場，需要對反艦導(dǎo)彈抗干擾能力進行評估。尤其是在復(fù)雜環(huán)境試驗設(shè)計和抗干擾試驗組織實施中，需了解在特定組合干擾樣式下反艦導(dǎo)彈的抗干擾成功率，以便優(yōu)化干擾設(shè)備配置，更有針對性地構(gòu)建抗干擾復(fù)雜環(huán)境，提高試驗質(zhì)量效益。近年來，對在箔條干擾和有源干擾條件下導(dǎo)彈突防概率、命中概率等的研究，已獲得了大量可用于導(dǎo)彈抗干擾效果量化評估的成果[2-6]。但針對靶場常用的組合干擾樣式，關(guān)于預(yù)估導(dǎo)彈抗干擾成功率的研究甚少。為更有效地對新型武器裝備靶場試驗進行鑒定，本文對反艦導(dǎo)彈單發(fā)捕捉目標(biāo)概率在典型干擾背景中的分析評估進行了研究，分析了有源壓制干擾、無源沖淡干擾，以及典型組合干擾樣式對該指標(biāo)的影響，討論了相關(guān)評估模型，并進行了算例計算。

1 對反艦導(dǎo)彈的干擾及其組合樣式

對反艦導(dǎo)彈的干擾包括有源干擾和無源干擾兩類。

1.1 有源干擾

有源干擾技術(shù)是利用干擾機發(fā)射某種波形的干擾信號以擾亂和欺騙敵方雷達。有源干擾一般可粗分為噪聲干擾和欺騙干擾兩大類。噪聲干擾又稱壓制性干擾，分為瞄準(zhǔn)式噪聲干擾、阻塞式噪聲干擾。欺騙干擾又稱應(yīng)答式干擾，是用干擾信號欺騙敵方。欺騙干擾允許敵方雷達看見目標(biāo)，但使它不能獲得目標(biāo)的準(zhǔn)確信息，只能得到失真的距離、方位和速度等參數(shù)。欺騙干擾包括距離門拖引干擾、速度門拖引干擾、角度干擾、組合式欺騙干擾(拖距+角度干擾、拖速+拖距+角度干擾)、有源雷達誘餌干擾、電子假目標(biāo)干擾等。

1.2 無源干擾

雷達無源干擾主要有箔條、反射器、假目標(biāo)、電波吸收材料等，常見的對雷達的無源干擾主要用于平臺自衛(wèi)、目標(biāo)掩護和欺騙干擾。常用的干擾器材主要是吸波材料和箔條、假目標(biāo)等。其中：艦載雷達無源干擾系統(tǒng)主要采用箔條干擾技術(shù)，包括迷惑、沖淡、轉(zhuǎn)移和質(zhì)心四種模式。漂浮假目標(biāo)由發(fā)射器和充氣誘餌組成，誘餌發(fā)射后自動充氣，形成雷達反射器漂浮在海面，用于欺騙敵方雷達、引誘敵方導(dǎo)彈。

1.3 典型組合干擾樣式

上述多種干擾進行不同組合形成組合干擾，不但數(shù)種有源干擾可適當(dāng)組合，而且有源干擾和無源干擾也能組合使用，以獲得最佳的干擾效果。組合干擾多用于中程反導(dǎo)或末制導(dǎo)開機后的時段，構(gòu)成轉(zhuǎn)移干擾樣式。

目前，靶場常用的無源沖淡干擾和有源壓制干擾組合為：無源沖淡干擾一般布置在導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達搜索范圍內(nèi)，并與目標(biāo)間隔一定距離，保證在導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭搜索期間能形成假目標(biāo)4～5個[7]。有源壓制干擾布置在舷外，方向上對準(zhǔn)導(dǎo)彈來襲方向，與目標(biāo)間隔距離d需滿足條件

d≤Rttan θ0.5.

(1)

式中：Rt為干擾機對雷達的最小有效干擾距離(也稱“燒穿”距離)；θ0.5為雷達水平波瓣寬度。滿足式(1)條件時，可保證在導(dǎo)彈到達Rt之前，干擾機始終處于導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭波束范圍內(nèi)。

2 典型干擾樣式下導(dǎo)彈捕捉概率

2.1 評估方法

反艦導(dǎo)彈對單艘敵方艦艇實施攻擊時，無干擾對抗下，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達正常開機，1個搜索周期捕捉到目標(biāo)的概率一般可達98%以上。目標(biāo)實施干擾，特別是當(dāng)反艦導(dǎo)彈雷達開機時刻，典型的無源沖淡和有源壓制干擾以及可能的組合干擾等，將降低雷達捕捉目標(biāo)的概率。

有源壓制干擾主要降低導(dǎo)彈雷達探測目標(biāo)的作用距離。由于導(dǎo)彈飛行控制存在誤差，在導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭開機時，可能會因自控終點散布過大導(dǎo)致無法捕捉目標(biāo)，而有源壓制干擾會進一步壓縮雷達開機時導(dǎo)彈距目標(biāo)的距離，因此在有源壓制干擾條件下，雷達捕捉目標(biāo)的概率會進一步下降。

無源沖淡干擾主要在雷達搜索轉(zhuǎn)截獲中發(fā)揮干擾作用，通過布置多個假目標(biāo)，以降低雷達截獲正確目標(biāo)的概率。

考慮上述兩方面因素，本文分別對有源壓制干擾、無源沖淡干擾和典型組合干擾樣式下的導(dǎo)彈捕捉概率進行評估。

2.2 有源壓制干擾

有源壓制干擾主要減小導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭搜索探測目標(biāo)的作用距離，降低對目標(biāo)的捕捉概率，如圖1所示[8-9]。

圖1 雷達、目標(biāo)和干擾機的空間關(guān)系Fig.1 Layout of radar, target and jamming source

2.2.1 最小有效干擾距離

按作戰(zhàn)使用方式，有源壓制分為自衛(wèi)干擾、隨隊干擾、遠距離支援干擾3種，雷達的干擾方程可表示為

(2)

雷達的最小有效干擾距離Rtmin滿足

(3)

式中：Ht為目標(biāo)高度；Ha為雷達天線架設(shè)高度；θ0.5為雷達水平波瓣寬度；K1為與天線特性有關(guān)的常數(shù)；θ為目標(biāo)與雷達天線的水平投影相對干擾機與雷達天線的水平投影的夾角；

此處：(SN)min=1/Kj。

(4)

當(dāng)目標(biāo)離雷達的距離Rj=Rtmin時，就可判定被雷達探測到。

2.2.2 壓制干擾目標(biāo)捕捉概率

a)前置點射擊

目標(biāo)捕捉概率

(5)

b=dstart·sin a.

(6)

此處：dstart為導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達“燒穿”距離，且dstart=Rtmin；a為搜索扇面角。

b)無前置點射擊

目標(biāo)捕捉概率

(7)

式中：Ew為采用無前置點方式發(fā)射時導(dǎo)彈在自控終點橫向上的概率偏差；zhy為導(dǎo)彈在自控飛行時間t內(nèi)目標(biāo)的橫移量，且

zhy=vt×t×sin βt.

(8)

此處：vt為目標(biāo)速度；βt為發(fā)射導(dǎo)彈時目標(biāo)的舷角。

2.3 無源沖淡干擾

反艦導(dǎo)彈發(fā)射后，在反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達開機搜索前，敵方艦艇向周圍發(fā)射箔條干擾彈，形成多個雷達假目標(biāo)，降低導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達捕獲目標(biāo)的概率。沖淡干擾如圖2所示[10]。

圖2 沖淡干擾空間關(guān)系Fig.2 Layout of chaff jamming

在沖淡干擾條件下，導(dǎo)彈對目標(biāo)的捕捉概率

pcb=1-(1-pnon)1/n.

(9)

式中：n為目標(biāo)艦艇與箔條假目標(biāo)數(shù)量；pnon為無干擾條件下導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)概率。

2.4 組合干擾

混合施放電子干擾和沖淡箔條干擾，無源干擾利用箔條云散射回波，有源干擾將干擾機直接對準(zhǔn)被干擾雷達[10-12]。組合干擾空間關(guān)系如圖3所示。

圖3 組合干擾空間關(guān)系Fig.3 Layout of passive complex jamming

2.4.1 組合干擾最小有效干擾距離

組合干擾下雷達接收的有源分量

(10)

式中：λ為雷達工作波長。

組合干擾下雷達接收的單個無源分量

(11)

(12)

則雷達接收的組合干擾的總能量

(13)

雷達接收的目標(biāo)散射能量

(14)

雷達干擾方程為

(15)

2.4.2 組合干擾下目標(biāo)捕捉概率

由式(5)～(11)可知：在導(dǎo)引頭開機時刻，實施有源壓制和無源沖淡的組合干擾將進一步降低彈上雷達的壓制距離，縮短縱向和橫向的搜索距離半寬。導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)概率用導(dǎo)彈對艦艇編隊中選擇預(yù)定目標(biāo)艦艇的捕捉概率Pbx表示，有

Pbx=Pzb×Phb.

(16)

式中：Pzb，Phb分別為對選定目標(biāo)的縱向和橫向捕選概率，且

(17)

(18)

此處：a取決于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達搜索區(qū)的距離半寬，且

(19)

Ez為自控終點的縱向概率偏差；x0為艦艇編隊中目標(biāo)間的縱向間距；b取決于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達搜索扇面半寬，且

b=Rcmin×sin a;

(20)

b0為天線波束半寬所對應(yīng)的寬度，且

(21)

Eh為自控終點的橫向概率偏差；z0為艦艇編隊中目標(biāo)間的橫向間距。

3 算例

設(shè)干擾機Pj=50 W，Gj=10(10 dB)，波束寬度3°～5°；Gj=1 000(30 dB)，波束寬度為水平2.3°、垂直5°，Pt=20 kW，脈沖寬度0.25 μs，λ=8 mm，臨界靈敏度pS min=-97 dB，搜索扇面30°；Δfj/Δfr=3，Kj=2；沖淡箔條數(shù)為4枚，箔條距艦艇斜距1 km，舷角分別為45°，135°，225°，315°；γj=1；導(dǎo)彈飛行馬赫數(shù)0.8，采用前置點攻擊，自控終點Ez，Eh均為2 km；目標(biāo)艦艇速度vm=30 km，長120 m、寬12 m、高8 m，σ=3 000 m2導(dǎo)彈裝訂的末制導(dǎo)開機距離d=14 km，導(dǎo)彈正橫攻擊目標(biāo)艦。

算例1：導(dǎo)彈在無干擾時，由式(4)、(5)，可得末制導(dǎo)捕捉目標(biāo)艦船的概率

由式(3)，可得壓制干擾下對艦艇目標(biāo)的最小有效壓制距離

導(dǎo)引頭開機至到達燒穿時刻，目標(biāo)橫移量約33 km。由式(4)、(5)、(7)可得捕捉概率

算例2：僅計算沖淡干擾時導(dǎo)彈對目標(biāo)的捕捉概率。

由式(9)

pcb=1-(1-pnon)1/n=1-(1-0.98)1/5=0.457.

算例3：在上述條件下，組合干擾時導(dǎo)彈對目標(biāo)的捕捉概率

由式(10)～(15)，可算得Rcmin=4.34 km。由式(16)、(17)計算導(dǎo)彈對艦艇目標(biāo)的捕捉概率

Pbx=Pzb×Phb=0.075×0.139=0.01.

4 結(jié)束語

本文對典型干擾樣式下反艦導(dǎo)彈捕捉概率評估方法進行了研究，討論了有源壓制干擾、無源沖淡干擾及其典型組合干擾樣式對導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭的影響，給出了該條件下捕捉目標(biāo)的概率指標(biāo)評價方法，使對裝備試驗考核更具充分性。同時，通過在試驗前對干擾效果的預(yù)先分析，對干擾環(huán)境的構(gòu)設(shè)、干擾設(shè)備的配置與使用進行合理規(guī)劃和優(yōu)化，能提高靶場抗干擾試驗的效益。干擾對抗及在干擾條件下導(dǎo)彈對目標(biāo)的捕捉過程極其復(fù)雜。文中影響機理分析還是尚屬基礎(chǔ)性的，給出的捕捉概率評估模型是有一定的假設(shè)條件并作了相應(yīng)簡化。后續(xù)還需要深入研究干擾機理，修改完善干擾評估模型，對捕捉性能給出準(zhǔn)確評價，進而完成復(fù)雜干擾樣式下導(dǎo)彈單發(fā)命中概率指標(biāo)的試驗評估，在靶場試驗鑒定過程中，實現(xiàn)對海軍新型導(dǎo)彈武器裝備戰(zhàn)技性能的全面考核。

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Study on Evaluation Method of Anti-Ship Missile Capture Probability under Typical Jamming Pattern

SUN Wei, LIN Mu

(The Unit 92941 of CPLA, Huludao 125001, Liaoning, China)

The evaluation method of anti-ship missile capture probability under typical jamming pattern was studied in this paper. The three typical electron jamming patterns which were active jamming, passive jamming and complex jamming were introduced. The mechanism affecting to the anti-ship missile capture performance was analyzed. The active blanket jamming, passive chaff jamming and complex jamming were selected according to the mechanism. The computation and evaluation model of missile capture probability under the three kinds of jamming selected were given. Three experiment cases under no jamming, passive chaff jamming and complex jamming were designed. The jamming scene was simulated and the jamming effect was analyzed. This study can provide the necessary technical support for the further development of anti-ship missile weapon experiment and evaluation in the jamming background.

Anti-ship missile; Shooting experiment; Active blanket jamming; Passive chaff jamming; Complex jamming; Capture probability; Minimum jamming distance; Evaluation

1006-1630(2016)05-0113-05

2016-06-18；

2016-07-31

孫 偉(1967—)，男，高級工程師，主要從事導(dǎo)彈武器裝備試驗與鑒定工作。

TJ761.14

A

10.19328/j.cnki.1006-1630.2016.05.018